CN114277792B - 一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆及其施工方法，自扩式锚杆包括主锚杆，所述主锚杆锚头上布置弹力装置，所述弹力装置后端连接自扩器，所述主锚杆外部安装固定套筒，所述固定套筒与自扩器连接；所述主锚杆两侧设置电极弹射装置，所述电极弹射装置与固定套筒垂直连接并穿出固定套筒；所述主锚杆外壁布置电阻率测试系统，所述电阻率测试系统连接信号发射器。本发明通过自扩器中伸长杆和电极弹射装置中的电极固定棒与土体的双重锚固，抗拔效果更好；通过监测锚杆周边土体电阻率的变化，分析土体的变形特性，从而掌握锚固周边土体结构状态，进而判断滑坡发生的趋势及可能性，可有效地进行早期预警并做出应急处理措施。

Description

一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种锚杆及其施工方法，尤其涉及一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆及其施工方法。

背景技术

地震会导致土体结构发生显著变化，土体丧失稳定性进而导致滑坡现象的发生，而我国是受滑坡地质灾害影响较为严重的国家。近年来，随着我国工程建设力度不断加大，边坡防护也越来越受到重视。目前，锚杆支护在土质边坡防护工程当中应用广泛，在支护过程中对边坡土体稳定性进行监测也显得尤为重要。

现有的监测手段大都是对锚杆体变形进行监测，从而判断整体支护效果，随即做出应急反应。但是在边坡土质失稳对锚杆体造成破坏之前，土体结构已经发生变化，尤其是土体物理性质的变化最为显著。因此，在锚杆体受到破坏之前及时掌握周围土体物理性质的变化，从而在原有锚杆还能继续发挥锚固作用的情况下，进一步加固土体，延长边坡支护年限。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能监测锚固土体电阻率、整体抗拔性能更好的自扩式锚杆及其施工方法。

技术方案：本发明所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，包括主锚杆，所述主锚杆锚头上布置弹力装置，所述弹力装置后端连接自扩器，所述主锚杆外部安装固定套筒，所述固定套筒与自扩器连接；所述主锚杆两侧设置电极弹射装置，所述电极弹射装置与固定套筒垂直连接并穿出固定套筒；所述主锚杆外壁布置电阻率测试系统和信号发射器，所述电阻率测试系统与信号发射器连接。

优选地，所述自扩器包括滑套和伸长杆，所述滑套在主锚杆上的滑动轨道设置单向锁死螺纹，保证锚固后期弹力装置失效滑套不会下滑，所述伸长杆一端与滑套铰接，另一端与固定套筒尾部设置的定滑轮活动连接，所述伸长杆可设置多组，均匀分布在滑套四周，所述伸长杆上设置单向锁死滑道，所述定滑轮的轴承安装在单向锁死滑道上。

优选地，所述电极弹射装置包括弹簧、电极固定棒、三角形碳电极片，所述三角形碳电极片安装在电极固定棒头部，所述三角形碳电极片通过导线与电阻率测试系统连接，所述弹簧连接在电极固定棒尾部，所述电极固定棒尾部安装内紧固套，所述内紧固套与电极固定棒外部安装外紧固套，所述外紧固套垂直固定在固定套筒上。

优选地，所述导线布置在主锚杆外壁设置的凹槽内。

优选地，所述固定套筒内部两端安装密封塞。

优选地，所述固定套筒外部安装外部卡套，所述外部卡套是半封闭式圆筒状，内壁设有三角形滑道，所述三角形滑道与三角形碳电极片形状相同，内壁贴有聚四氟乙烯薄膜。

优选地，所述电极弹射装置在外部卡套内，弹簧处于压缩状态，三角形碳电极片位于三角形滑道内。

优选地，所述固定套筒、电极固定棒、内紧固套、外紧固套均由GFRP玻璃纤维增强复合材料制成，所述三角形碳电极片由导电性和耐腐蚀性良好的材料制成。

优选地，所述主锚杆尾部设置止浆塞和螺母。

一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆施工方法，包括如下步骤：

(a)在锚固位置钻设锚孔并清理锚孔；

(b)将未安装信号发射器、安装有电极弹射装置和外部卡套且自扩器处于初始收缩状态的锚杆插入锚孔并用力往土体深处顶进，自扩器扩张并伸长扎入土体；

(c)待自扩器扩张完毕，拔出外部卡套，电极固定棒在弹簧的作用下弹出，使三角形碳电极片扎入侧面土体；

(d)对锚孔进行注浆；

(e)在锚杆尾部塞入止浆塞，拧紧螺母，在主锚杆尾部安装信号发射器，并通过凹槽内的导线与电阻率测试系统连接，完成施工。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、可有效监测锚杆受到破坏变形之前周边土体电阻率变化特性，从而判断土体结构特征，对滑坡灾害做到超前预警；2、滑套在主锚杆上的滑动轨道设置单向锁死螺纹，保证锚固后期弹力装置失效滑套不会下滑；3、自扩器上的伸长杆与固定套筒通过定滑轮连接，定滑轮在伸长杆上设置的单向锁死滑道滚动，不仅可以使伸长杆向外扩张并不断伸长扎入土体，抗拔能力更强，而且能避免伸长杆扩张过大从而失去锚固效应；4、扎入土体的电极固定棒和固定套筒之间连接牢固，从而起到锚固的作用，与扩张扎入土体的伸长杆配合，双重抗拉拔，锚固效果更好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的自扩器结构示意图；

图3为本发明的自扩器扩张完毕外部卡套未拔出的结构图；

图4为本发明的电极弹射装置结构示意图；

图5为本发明的电极固定棒及内紧固套结构示意图；

图6为本发明的外部卡套剖面图；

图7为本发明的主锚杆凹槽结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1-7所示，图中，1、主锚杆；2、弹力装置；3、自扩器；301、滑套；302、伸长杆；303、单向锁死滑道；4、电阻率测试系统；5、信号发射器；6、电极弹射装置；601、弹簧；602、外紧固套；603、内紧固套；604、电极固定棒；605、三角形碳电极片；7、固定套筒；8、定滑轮；9、三角形滑道；10、密封塞；11、凹槽；12、导线；13、外部卡套；14、止浆塞；15、螺母。

如图1所示，一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，包括主锚杆1和自扩器3，主锚杆锚头上布置弹力装置2，所述弹力装置2后端与自扩器3连接，主锚杆的锚头插入土体时，受到土体挤压从而触发弹力装置2，使自扩器3扩张扎入土体。所述主锚杆外壁布置电阻率测试系统4，所述电阻率测试系统4和太阳能供电的信号发射器5连接。所述主锚杆1外部安装固定套筒7，固定套筒7的尾端设置定滑轮8，固定套筒7内部两端安装密封塞10，防止进水，损坏内部构件。所述主锚杆尾部设置止浆塞14和螺母15。

如图2所示，所述自扩器3包括滑套301和伸长杆302，所述滑套301在主锚杆1上的滑动轨道设置单向锁死螺纹，保证锚固后期弹力装置2失效滑套301不会下滑，伸长杆302一端与滑套301铰接，另一端与定滑轮8活动连接，所述伸长杆302可设置多组，均匀分布在滑套四周，所述伸长杆302上设置单向锁死滑道303，单向锁死滑道303上布置单向锁死螺纹，定滑轮8的轴承安装在单向锁死滑道303上，不仅可以使伸长杆302向外扩张并不断伸长扎入土体，而且避免伸长杆302扩张过大从而失去锚固效应。

如图3所示，所述主锚杆1两侧设置电极弹射装置6，所述电极弹射装置6与固定套筒7垂直连接并穿出固定套筒7，固定套筒7外部安装外部卡套13。

如图4-5所示，所述电极弹射装置6包括弹簧601、电极固定棒604、三角形碳电极片605，所述三角形碳电极片605安装在电极固定棒604头部，所述三角形碳电极片605通过导线12与电阻率测试系统4连接，所述导线12布置在主锚杆1外壁设置的凹槽11内，如图7所示，所述弹簧601连接在电极固定棒604尾部，所述电极固定棒604尾部安装内紧固套603，所述内紧固套603与电极固定棒604外部安装外紧固套602，所述外紧固套602垂直固定在固定套筒7上。所述电极弹射装置6在外部卡套13内，弹簧601处于压缩状态，三角形碳电极片605位于三角形滑道9内。

如图6所示，所述外部卡套13是半封闭式圆筒状，内壁设有三角形滑道9。所述三角形滑道9与三角形碳电极片605形状相同，内壁贴有聚四氟乙烯薄膜，减小外部卡套13拔出时产生的摩擦力，避免损坏三角形碳电极片605。

所述固定套筒7、电极固定棒604、内紧固套603、外紧固套602均由GFRP玻璃纤维增强复合材料制成，有效避免了导电材料对电阻率测试结果的影响；所述三角形碳电极片605由导电性和耐腐蚀性良好的材料制成，防止锚固后期土壤腐蚀三角形碳电极片导致电阻率测试系统失去作用。

本发明所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，其工作原理是，主锚杆1的锚头插入土体，弹力装置2受到土体反作用力压缩，释放弹性势能推动滑套301向上滑动，滑套301在主锚杆1上的滑动轨道设置单向锁死螺纹，保证锚固后期弹力装置2失效滑套301不会下滑；伸长杆与滑套301铰接，与固定套筒7通过定滑轮连接，自扩器3上可焊接多个伸长杆，均匀分布在四周，滑套301向上滑动带动伸长杆302沿单向锁死滑道303一边扩张一边伸长并扎入土体深处，使自扩器3抗拔能力更强，单向锁死滑道303上布置单向锁死螺纹，避免伸长杆302扩张过大失去锚固效应。自扩器3完成工作之前电极弹射装置6外部受到外部卡套13的约束，弹簧601处于压缩状态，三角形碳电极片605位于三角形滑道9内。待自扩器扩张完毕，伸长杆302充分扎入侧面土体，拔出外部卡套13，电极固定棒604在弹簧601所释放的弹性势能下弹出，三角形碳电极片605扎入土体，电极固定棒604上的内紧固套603与垂直固定在固定套筒7上的外紧固套602卡在一起，电极固定棒不仅起到保护电极的作用，还能起到抗拔的作用。

电极固定棒头部的三角形碳电极片605通过布置在主锚杆外壁的凹槽11内的导线12与电阻率测试系统4相连，电阻率测试系统4与太阳能供电的信号发射器5连接，用来监测锚固周边土体的电阻率。利用边坡土体具有导电性这一物理特性，通过监测分析土层的电阻率变化特性，从而掌握锚固周边土体结构状态，进而判断滑坡发生的趋势及可能性，可有效地进行早期预警并做出应急处理措施。

本发明所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆的施工方法，包括如下步骤：

(a)在所要锚固的位置用锚杆钻机钻设锚孔并清理锚孔；

(b)将未安装信号发射器5、安装有电极弹射装置6和外部卡套13且自扩器3处于初始收缩状态的锚杆插入锚孔并用力往土体深处顶进，自扩器3扩张并伸长扎入土体；

(c)待自扩器3扩张完毕，拔出外部卡套13，电极固定棒604弹出，使三角形碳电极片605扎入侧面土体；

(d)对锚孔进行注浆；

(e)在锚杆尾部塞入止浆塞14，拧紧螺母15，在主锚杆1尾部安装信号发射器5，并通过凹槽11内的导线12与电阻率测试系统4连接，完成施工。

Claims (6)

1.一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，包括主锚杆（1），其特征在于，所述主锚杆（1）锚头上布置弹力装置（2），所述弹力装置（2）后端连接自扩器（3），所述主锚杆（1）外部安装固定套筒（7），所述固定套筒（7）与自扩器（3）连接，所述自扩器（3）包括滑套（301）和伸长杆（302），所述滑套（301）套设在主锚杆（1）上的滑动轨道上，滑动轨道设置单向锁死螺纹，所述伸长杆（302）一端与滑套（301）铰接，另一端与固定套筒（7）尾部设置的定滑轮（8）活动连接，所述伸长杆（302）设置多组，均匀分布在滑套四周，所述伸长杆（302）上设置单向锁死滑道（303），所述定滑轮（8）的轴承安装在单向锁死滑道（303）上；所述主锚杆（1）两侧设置电极弹射装置（6），所述电极弹射装置（6）与固定套筒（7）垂直连接并穿出固定套筒（7）；所述电极弹射装置（6）包括弹簧（601）、电极固定棒（604）、三角形碳电极片（605），所述三角形碳电极片（605）安装在电极固定棒（604）头部，所述三角形碳电极片（605）通过导线（12）与电阻率测试系统（4）连接，所述导线（12）布置在主锚杆（1）外壁设置的凹槽（11）内，所述弹簧（601）连接在电极固定棒（604）尾部，所述电极固定棒（604）尾部安装内紧固套（603），所述内紧固套（603）与电极固定棒（604）外部安装外紧固套（602），所述外紧固套（602）垂直固定在固定套筒（7）上；所述主锚杆（1）外壁布置电阻率测试系统（4）和信号发射器（5），所述电阻率测试系统（4）与信号发射器（5）连接；所述固定套筒（7）外部安装外部卡套（13），所述外部卡套（13）是半封闭式圆筒状，内壁设有三角形滑道（9），所述三角形滑道（9）与三角形碳电极片（605）形状相同；所述电极弹射装置（6）在外部卡套（13）内，弹簧（601）处于压缩状态，三角形碳电极片（605）位于三角形滑道（9）内。

2.根据权利要求1所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，其特征在于，所述固定套筒（7）内部两端安装密封塞（10）。

3.根据权利要求1所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，其特征在于，所述三角形滑道（9）内壁贴有聚四氟乙烯薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，其特征在于，所述固定套筒（7）、电极固定棒（604）、内紧固套（603）、外紧固套（602）均由GFRP玻璃纤维增强复合材料制成，所述三角形碳电极片（605）由导电性和耐腐蚀性良好的材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种可监测土体电阻率的自扩式锚杆，其特征在于，所述主锚杆（1）尾部设置止浆塞（14）和螺母（15）。

6.根据权利要求5所述的可监测土体电阻率的自扩式锚杆的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）在锚固位置钻设锚孔并清理锚孔；

（b）将未安装信号发射器（5）、安装有电极弹射装置（6）和外部卡套（13）且自扩器（3）处于初始收缩状态的锚杆插入锚孔并用力往土体深处顶进，自扩器（3）扩张并伸长扎入土体；

（c）待自扩器（3）扩张完毕，拔出外部卡套（13），电极弹射装置（6）中的电极固定棒（604）弹出使三角形碳电极片（605）扎入侧面土体；

（d）对锚孔进行注浆；

（e）在主锚杆尾部塞入止浆塞（14），拧紧螺母（15），在主锚杆（1）尾部安装信号发射器（5），并通过凹槽（11）内的导线（12）与电阻率测试系统（4）连接，完成施工。

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